DE2506612C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bekämpfen von durch Mineralölbestandteilen oder -produkten hervorgerufenen filmförmigen Verunreinigungen an der Erdoberfläche, insbesondere an Oberflächengewässern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung /um Bekämpfen von durch Mineralölbestandteilen oder -Produkten hervorgerufenen filmförmigen Verunreinigungen an der Erdoberfläche, insbesondere an Oberflächengewässern, unter Anwendung von für den Abbau der jeweiligen Verunreinigung bekannten Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, zusammen mit für sie geeigneten Nährböden.

Die Bekämpfung von durch Mincralölbcstandteilen oder -produkten hervorgerufenen Verunreinigungen an der Erdoberfläche unter Anwendung von Mikroorganismen ist jmmdsät/lich bekannt. Beispielsweise wird in FR-PS 71 20 003 eine Vielzahl von für diesen Zweck in Betracht kommenden Mikroorganismen und der für sie zweckmäßigen Nährbodenzusammensetzungen genannt. Die Anwendung des vielfach als »Biodegrada-ί tion« bezeichneten Abbaus auch bei relativ hochmolekularen Mineralölbestandteilen oder Mineralölprodukten, beispielsweise schwerem Heizöl, ist bereits in der Literatur angesprochen worden, beispielsweise in US-PS 37 69 164.

ίο Bisher steht jedoch dem praktischen Einsatz von Mikroorganismen zur Bekämpfung von filmförmigen Verunreinigungen aus Mineralölbestandteilen oder Mineraölprodukten entgegen, daß einerseits die Mikroorganismen nicht leicht in großen Mengen kultiviert

und bereitgehalten werden können und andererseits das gleichmäßige Verteilen solcher Mikroorganismen über weite, filmförmige Verunreinigungen tragende Flächen erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bekämpfung von durch Mineralölbestandteilen oder -produkten hervorgerufenen filmförmigen Verunreinigungen an der Erdoberfläche unter Benutzung von für den Abbau der jeweiligen Verunreinigung bekannten Mikroorganismen zu schaffen, das sich unkompliziert durchführen läßt und hohen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikroorganismen in Suspension und flüssiges oder

ίο festes Nährboden-Material, letzteres nach feiner Zerreibung, in Form von Aerosol über den verunreinigten Stellen der Erdoberfläche in die Atmosphäre freigesetzt werden und die aus der Aggregation von Mikroorganismen mit dem flüssigen oder festen Nährbodenmaierial gebildeten Aerosolwolken wirksam auf den zu bekämpfenden, verunreinigten Flächen niedergehen, nachdem im Schwebezustand eine starke Vermehrung der Mikroorganismen eingetreten ist.
Es stellt für den Fachmann eine Selbstverständlichkeit dar, daß das beanspruchte Verfahren nur bei Temper aturen durchführbar ist, bei denen im Schwebezustand eine starke Vermehrung der Mikroorganismen eintritt. Durch das Freisetzen eines Aerosols aus Nährbodenmaterial und Mineralölbestandteile oder -produkte abbauenden Mikroorganismen wird zunächst erreicht, daß die Mikroorganismen in den fein verteilten Nährbodenteilchen eine künstliche Aggregation bilden, die längere Zeit im Schwebezustand bleibt. Entsprechend den Gesetzen der Sedimentation von Aerosolen und dem Wachstum von Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien auf Nährböden, läßt sich so eine vorher bestimmbare, reproduzierbare Vermehrung der Mikroorganismen um ein Vielfaches erreichen. Durch die so ermöglichte Verschiebung der wirksamen Konzen-

trationsverhältnisse zugunsten der Mikroorganismen kann man die Sanierung von mit Filmen aus Mineralölbestandteilen oder Mineralölprodukten verseuchten Oberflächen (z. B. Meeresoberflächen) mit verfügbaren Ausgangsmengen von Mikroorganismen ausführen. Außerdem werden die Mikroorganismen während dieser Verweilzeit des Aerosols in der Atmosphäre und die dabei eintretende Vermehrung in ihre hoch wirksame vegetative Form übergeführt, so daß sie beim Zusammentreffen mit den zu beseitigenden Verunreinigungen unverzüglich und hochwirksam mit dem Abbau der jeweiligen Mineralölbestandteile b/w. Mineralölproduktc beginnen. Naturgemäß ist es für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Vor-

aussetzung, daß über die Verweilzeit der Aerosolwolke in der Atmosphäre stabile oder zumindest so weitgehend voraussehbare Witterungsverhältnisse herrschen, daß man aus der Abwanderung der Aerosolwolke unter Windeinfluß und der eventuellen Drift dev Verunreini- : gungsfilmes auf der Wasseroberfläche die erforderliche Aussetzungsstelle für die Aerosolwolke und deren Ausbreitungsverhältnisse vorher bestimmen kann, damit die Aerosoiwulke nach einer gewünschten Verweilzeit in der Atmosphäre sich tatsächlich auf dem zu bekämpfenden Verunreinigungsfilm absetzt. Durch die heute mögliche mittelfristige Wettervorhersage ist die Möglichkeit geschaffen, diese natürlichen Voraussetzungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens rechtzeitig zu erkennen und bei der · > Durchführung des Verfahrens zu berechnen.

Zur Bekämpfung sehr dünner, vorzugsweise monemolekularer Schichten auf Wasseroberflächen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren noch dahingehend weiterbilden, daß das Aerosol aus Nährbrdenmaterial ;ί und Mikroorganismen elektrisch aufgeladen wird, und zwar mit umgekehrter Polarität, wie die sich auf der Oberfläche der sehr dünnen Schichten ergebende elektrische Ladung. Diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht von der Erkenntnis aus, 2". daß sehr dünne, vorzugsweise monomolekulare Schichten aus Mineralölbestandteilen oder Mineralölprodukten auf Wasseroberflächen durch Orientierung der polaren Moleküle solcher chemischen Verbindungen eine elektrische Ladung an der Phasen-Trennfläche zur n Atmosphäre tragen. Wenn die Aerosolteilchen mit elektrischer Ladung umgekehrter Polarität aufgeladen werden, hat dies dann dreierlei Wirkung:

a) Da sämtliche Aerosolteilchen elektrische Ladung untereinander gleicher Polariiät tragen, stoßen sich die Aerosolteilchen gegenseitig ab, so daß es nicht zu vorzeitiger Aggregation der Aerosolteilchen kommt, also das Aerosol nicht vorzeitig altert. Naturgemäß darf durch diese elektrische Ladung das Vereinigen von Mikroorganismen mit Teilchen uus Nährbodenmaterial nicht behindert werden. Man wird deshalb entweder die Aerosolteilchen erst dann elektrisch laden, wenn sich Nährboden- 4-, material und Mikroorganismen vereinigt haben, oder man wird nur die Teilchen eines Bestandteils, beispielsweise des Nährbodenniaterials elektrisch aufladen.

b) Durch elektrische Ladung umgekehrter Polarität, ϊο wie die sich auf der Oberfläche der sehr dünnen Schichten ergebenden elektrischen Ladung, werden die elektrisch aufgeladenen Aerosolieilchen von den sehr dünnen Schichten angezoger, so daß beim Herantreten der Acrosohvolke an den Verunreinigungsfilm praktisch alle Aerosolteilchen von dem Film angezogen und hochwirksam aufgenommen werden.

c) Durch die Vereinigung der elektrisch aufgeladenen Aerosolteilchcn mit den polaren Molekülen werden in dem Film aus Mineralölbestandteilen bzw. Mineralölprodukten erhebliche physikalische Störungen hervorgerufen, so daß schon beim '\uftreffen des Aerosols der l-'ilni aufgerissen und die /u beseitigenden Mincralölbestatultcilc b/w. Mineralölprodukte an die \erusolteilchen agglomeriert werden und dadurch the Mikroorganismen mit hochwirksiiinem Abbau einsetzen können.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet sich eine besondere Vorrichtung zum Freisetzen eines Aerosols von Nährbodenmaterial und Mikroorganismen in Suspension, bei der ein Zweistoff-Düsensvstem für flüssiges oder festes und fein zerriebenes Nährbodenmaterial und für eine Suspension von Mikroorganismen zusammen mit einem Injektor an einem Lavai'schen Trichterrohr angeordnet sind. Durch die in diesem Trichtcrrohr eintretende Bremsung der Aerosolgeschwindigkeit wird eine Zerstörung der empfindlichen Schutzhülle der Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, weitgehend vermieden. Andererseits lassen sich mit dieser Vorrichtung gut reproduzierbare Verhältnisse für die Aerosolerzeugung einstellen, um Teilchengröße und Dichte des Aerosols und damit die Sedirnentalionseig<:nschafien des Aerosols vorher zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise mit LuIt betrieben werden. Sie enthält dann /.weckmäßig Einrichtungen zum Verdichten der als Treibmittel benutzten atmosphärischen Luft.

Die Vorrichtung zum Freisetzen eines Aerosols aus Nährbodenmaterial und Mikroorganismen in Suspension kann stationär oder auch mobil, beispielsweise an einem Flugzeug angeordnet sein. In mobiler Ausführung können das Nährboden-Materia! und die Suspension von Mikroorganismen in einem mobilen Behälter untergebracht sein, und dieser Behälter kann an seiner Vorderseite mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Staudruckes in der als Treibmittel benutzten atmosphärischen Luft ausgebildet sein. Durch diesen relativ einfachen Aufbau des Zweistock-Düsensystems und der Einrichtungen zum Verdichten der als Treibmittel benutzten atmosphärischen Luft läßt sich ein mobiler Behälter als Rakete ausbilden.

Zum besseren V ersiändnis der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen. Es zeigt

!■"ig. I ein Schemabild für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schema für eine Ausführungslonn der Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. j ein Schema für eine /.weite Aiisl'ülmingsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Im Beispiel der F i g. I soll ein dünner Film 1 aus Mineralöl, beispielsweise Bilgeöl, auf einer Meeresoberfläche 2 bekämpft werden. In diesem Beispiel wird von einem Flugzeug oder sonstigen Flugkörper aus mittels eines Aerusoler/eugers 3 eine Aerosolwolke 4 aus Nährboden-Material und einer Suspension geeigneter Kohlenwasserstoffe abbauender Bakterien in die Atmosphäre freigesetzt. Wie F i g. I zeigt, ist die Freiset/ungsslelle für die Aciosolwolke 4 in einem vtjfhei bestimmten Abstand von dem zu bekämpfenden Mineralölfilm I. Dieser Abstand und die Höhe, in der die Wolke 4 freigesetzt wird, lassen sich aus der durch den Pfeil 5 angedeuteten Windrichtung und Windgeschwindigkeit Lind die durch den Pfeil 6 angedeutete Sedimentationsgeschwindigkeit der Wolke 4 bestimmen. Die Wolke 4 soll sich dann entsprechend dein strichpunktierten Pfeil 7 auf den Mineralölfilm 1 absenken.

Man wird bei dieser Verfahrensweise naturgemäß vermeiden. (.IaIi /wischen dem Freisetzungsgebiet der WoiKe 4 und dem Gebiet des Mincralöll'ilms 1 ein Regengebiet besteht, in welchem die Aerosolwolke 4 vorzeitig /um Ausfallen gebracht werden könnte.

Die für die Aerosolwolke 4 benutzten Bakterien sind aus gefördertem Erdöl gewonnen und weiter kultiviert.

Dem durch Probeentnahme oder sonstige Information bekannt ist, welcher Art das Mineralöl des Filmes t ist. sind die für die Aerosolwolkc 4 benutzten Bakterien nach Gesichtspunkten der besonderen Wirksamkeit beim Abbau dieser besonderen Mineralölsorte ausgewählt. Das in der Aerosolwolke 4 benutzte Nährboden-Material ist wiederum nach dem Gesichtspunkt ausgewählt worden, daß es eine besonders günstige Ernährung der benutzten Bakterien ermöglicht bzw. begünstigt.

Dadurch, daß die Aerosolwolkc 4 nicht unmittelbar auf den Mineralölfilm 1 gegeben wird, sondern in einem in vorherbestimmtem Abstand von dem Mineralölfilm 1 liegenden Gebiet in vorherbestimmter Höhe oberhalb der Meeresoberfläche 2 in die Atmosphäre freigesetzt wird, verbleibt eine relativ lange Sedimeniaiionszc-il, bis die Aerosolwolke 4 auf den Mineralölfilm t gelangt. Während dieser Sedimentationszeit haben die Kohlenwasserstoffe abbauenden Bakterien Gelegenheit, sich um ein Mehrfaches im Nährbodenmaierial zu vermehren, so daß eine erhebliche Konzentrationsverschiebung zu Gunsten der Bakterien erfolgt ist. Hierdurch werden die benutzten Bakterien besonders für den Angriff des Mineralölfilms 1 und den Abbau des Mineralöls aktiviert.

Im dargestellten Beispiel wird die Aerosolwolke 4 durch praktisch gleichzeitiges Überführen des Nährboden-Materials und der Bakteriensuspension in Aerosolform gebildet, so daß die Nährboden-Aerosolteilchen schon beim Verlassen des Aerosolerzeugers 3 mil dem zu vermehrenden Bakterienbelag versetzt werden. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, zwei Aerosolwolken übereinander zu bilden, von denen die in F i g. i gcstrichteit angedeutete obere Aerosolwolke 8 aus einem zusätzlichen Aerosolerzeuger 9 freigesetzt wird, und größere Sedimentationsgeschwindigkeit als die untere Aerosolwolke 4 haben sollte. Man kann so beispielsweise obere, sich schneller absetzende Aerosolwolkc 8 aus Bakteriensuspension und die untere, sich langsam absetzende Aerosolwolke 4 aus Nährbodenmaterial bilden oder umgekehrt. Man kann auch die Bildung zweier Acrosolwolken 4 und 8 dazu benutzen, eine zweistufige Zusammenführung von Nährbodenmaterial und Bakteriensuspension zu erzielen, indem man die Aerosolwolke aus Nährbodenmaterial und die Bakteriensuspension in einer zweiten Aerosolwolke aus Nährboden-Material auffängt, nachdem bereits in der ersten Wolke eine starke Vermehrung der Bakterien im Närbodenmalerial erfolgt ist.

Die intensive Vereinigung der Aerosolteilchen solcher zusammengeführter Wolken, sei es sofort oder bald nach dem Freisetzen oder nach längerer Fresse« zungszeit. läßt sich dadurch intensivieren, daß man die Aerosolwolken mit entgegengesetzter Polarität elektrische auflädt.

Eine wesentliche Verbesserung der auf Nährboden-Materia! gehaltenen Bakterien kann man erreichen, wenn man das mil Bakterien besetzte, als Aerosol zu dem Mineralölfilm 1 geführte Nährboden-Material dazu abstimmt, möglichst an der Wasseroberfläche zu verbleiben und auch in Berührung mit Süß- oder Salzwasser die Bakterien in aktiver Form zu halten. Da dünne Ölfilme, zu deren Bekämpfung das Verfahren gemäß der Erfindung besondere Bedeutung hat. durch Wellen oftmals aufgerissen und eventuell auch teilweise für mehr oder weniger lange Zeit unter die Wasseroberfläche gezogen werden könnte, läßt sich auf diese Weise erreichen, daß die Aktivität der Kohlenwasserstoffe abbauenden Bakterien auch unter Wasser fortgesetzt wird. Ferner bietet sich daraus der Vorteil, daß außerhalb des eigentlichen Ölfilms auf die Wasseroberfläche gelangendes Aerosol aus Nährboden und ί Bakterien sofort bereitsteht, wenn sich der Ölfilm in solchen vorbehandelten Bereichen der Wasserfläche ausbreitet.

Die in F i g. 2 als Beispiel gezeigte Vorrichtung 10 zur Erzeugung eines Mischaerosols von Nährboden-Material und Bakieriensuspension ist im wesentlichen stationär, d. h. ggf. mit einem Fahrgestell ausgerüstet, um an den einen oder anderen F.insatzort gefahren zu werden. Sie kann auch beispielsweise auf Schiffen oder sonstigen Fahrzeugen montiert sein. Diese Vorrichtung enthält im wesentlichen ein Laval'sches Trichterrohr 11, indessen rückwärtiges,engeres Ende J2eine injektionsdüse 13 für Treibmittel eingeführt ist. Diese Injektionsdüse 13 ist an einen Preßluftbehälter 14 angeschlossen, wobei die erforderlichen Absperr- und Reduzierventile der Übersichtlichkeil halber nicht dargestellt sind. Vor der Injektionsdüse 13 mündet ein Zweistoff-Düsensysiem 15 in den sich erweiternden Teil des Laval'schen Trichterrohres 11. Diese Zweistoffdüse 15 weist eine Düse 16 für Nährboden-Material und eine Düse 17 für

2Ί Bakieriensuspension auf. Die beiden Düsen 16 und 17 des Zwcistoff-Düsensystems sind im spitzen Winkel, beispielsweise einem Winkel von etwa 45° gegeneinander angestellt. Die an den Nährbodenbehälter 18 angeschlossene Düse 16 ist in der Art des jeweils

in benutzten Mährboden-Materials angepaßt. Es kann sich dabei um eine Düse handeln, die für pulverförmig fein zerkleinertes festes Material ausgebildet ist. Entsprechend kann die Düse 16 auch eine solche für Nährbodensuspension oder eine solche für flüssigen Nährboden sein. Deshalb kann die Düse 16 zu diesem Zweck von Fall zu Fall auswechselbar sein. Die Düse 17 ist an den Behälter 19 für Bakteriensuspension angeschlossen. Im Betrieb ist die Vorrichtung 10 zunächst an den gewünschten Einsatzort zu bringen, und entsprechend der Abgaberichtung des Aerosols zu richten. Es ist dann der geeignete Druck des Treibmittels einzustellen, und die Treibmittelzufuhr zur Düse 13 zu öffnen. Nach dem öffnen der Absperrventile zu den Düsen 16 und 17 wird dann ein stabiles Aerosol unter innigem Durchmischen und Durchwirbeln des durch die Düse 16 zugeführten Nährbodenmaterials mit der durch die Düse 17 zugeführten Bakteriensuspension gebildet.

F i g. 3 zeigt einen mobilen Behälter 20. der selbst als Flugkörper, beispielsweise Rakete, oder als ein an einem Flugzeug anzubringender Tank ausgebildet sein kann. Dieser Behälter 20 enthält an seinem rückwärtigen Ende wiederum ein Laval'sches Trichterrohr 21, in dessen rückwärtiges Ende 22 die Treibmitteldüse 23

5S eingeführt ist Das Treibmittel ist in diesem Beispiel atmosphärische Luft, die an der Vorderseite des Behälters 20 durch eine bei 24 angedeutete Staueinrichtung auf den für den Betrieb der Injektionsdüse 23 geeigneten Druck gebracht wird. Im Inneren des Behälters 20 sind eine Kammer 28 zur Aufnahme des Nährboden-Materials und eine Kammer 29 zur Aufnahme der Bakteriensuspension gebildet. Zur Einbringung dieser beiden Materialien in das Laval'sche Trichterrohr ist ein Zweistoff-Düsensystem 25 vorgesehen, das zwei hintereinander angeordnete Ringschlitzdüser. 26 und 27 aufweist. Die Ringschlitzdüse 26 ist an die Kammer 28 und die Ringschlitzdüse 27 an die Kammer 29 angeschlosen. Wenn sich der Behälter 20

durch die Luft bewegt, und die Verbindung zwischen der Stauvorrichtung 24 und der Injektordüse 23 geöffnet ist, wird wiederum durch die Ringschlitzdüsen 26 und 27 Nährboden-Material und Bakteriensuspension in das Laval'sche Rohr eingesaugt, und dort zur Bildung eines > stabilen Aerosols intensiv durchgemischt und durchwirbelt, so daß die Nährboden-Teilchen wirksam mit Bakterien besetzt werden, und die Bakterien die Möglichkeit erhalten, während der Sedimentationszeit der so gebildeten und von dem Laval'schen Triehterrohr m 21 in die Atmosphäre freigesetzten Aerosolwolke sich stark zu vermehren, und dadurch beim Auftreffen auf einen Mineralölfilm oder dergleichen intensiv mit dem Abbau des Kohlenwasserstoffes zu beginnen.

Anstelle der in F i g. 2 vorgesehenen Luftbälle und der in Fig.3 vorgesehenen Stauvorrichtung können auch sonstige Verdichtungsvorrichtungen, beispielsweise Kompressoren, Gebläse oder dergleichen, vorgesehen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bekämpfung von durch Mineralölbestandteilen oder -produkten hervorgerufenen, filrnförmigen Verunreinigungen an der Erdoberfläche, insbesondere an Oberflächengewässern, unter Anwendung von für den Abbau der jeweiligen Verunreinigung bekannten Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, zusammen mit für sie geeigneten Nährböden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen in Suspension und flüssiges oder festes Nährboden-Material, letzteres nach feiner Zet reibung, in Form von Aerosol über den verunreinigten Stellen der Erdoberfläche in die Atmosphäre freigesetzt werden und die aus der Aggregaiion von Mikroorganismen mit dem flüssigen oder festen Nährboden-Material gebildeten Aerosolwolken wirksam auf den zu bekämpfenden, verunreinigten Flächen niedergehen, nachdem im Schwebezustand eine starke Vermehrung der Mikroorganismen eingetreten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Bekämpfung sehr dünner, vorzugsweise monomolekularer Schichten auf Wasseroberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerosol aus Nährboden-Material und Mikroorganismen elektrisch aufgeladen wird, und zwar mit umgekehrter Polarität wie die sich auf der Oberfläche der sehr dünnen Schichten ergebende elektrische Ladung.

3. Vorrichtung zum Freisetzen eines Aerosols von Nährboden-Material und Mikroorganismen in Suspension zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweistoff-Düsensystem (15, 25) für flüssiges oder festes und fein zerriebenes Nährboden-Material und für eine Suspension von Mikroorganismen zusammen mit einem Injektor (13, 23) an einem Laval'schen Tri;hterrohr(l 1,21) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (24) zum Verdichten der als Treibmittel benutzten atmosphärischen Luft vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nährboden-Material und die Suspension von Mikroorganismen in einem mobilen Behälter (20) untergebracht sind, und dieser Behälter (20) an seiner Vorderseite mit Einrichtungen (24) zur Erzeugung eines Staudruckes in der als Treibmittel benutzten atmosphärischen Luft ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mobile Behälter (20) als Rakete ausgebildet ist.